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全產(chǎn)業(yè)鏈努力 提升戶外SMDLED 顯示屏的可靠性

來(lái)源:數(shù)字音視工程網(wǎng)        編輯:merry2013    2013-07-15 06:37:35     加入收藏

近年戶外標(biāo)貼顯示屏因其相對(duì)于燈管(346、546等)戶外顯示屏而言,在混光效果和安裝工藝上具有極大的優(yōu)越性,因而需求有大幅度的增加,同時(shí)也出現(xiàn)諸多可靠性問題,引起的質(zhì)量糾紛也時(shí)有發(fā)生

  近年戶外標(biāo)貼顯示屏因其相對(duì)于燈管(346、546等)戶外顯示屏而言,在混光效果和安裝工藝上具有極大的優(yōu)越性,因而需求有大幅度的增加,同時(shí)也出現(xiàn)諸多可靠性問題,引起的質(zhì)量糾紛也時(shí)有發(fā)生。因此筆者認(rèn)為,對(duì)戶外用SMDLED以及由SMDLED制作的戶外顯示屏的可靠性進(jìn)行整理、研究、分析,集思廣益,總結(jié)整理出有關(guān)的制造、檢驗(yàn)、使用的規(guī)范,制定相關(guān)標(biāo)準(zhǔn),應(yīng)是當(dāng)務(wù)之急。

  筆者認(rèn)為,對(duì)于戶外SMDLED和戶外SMDLED顯示屏可靠性問題,要考慮以下問題:

  (一)曾經(jīng)有網(wǎng)友指出,封裝材料,PPA(聚鄰苯二甲酰胺),環(huán)氧樹脂,金屬的熱脹系數(shù)差異,在環(huán)境溫度變化或管子工作時(shí)溫升時(shí)造成LED引線開路,從而造成死燈,就是LED戶外表貼顯示屏的“命門”所在。確切地說,這只是“命門”的一個(gè)部分,或許還不是當(dāng)前戶外SMDLED顯示屏可靠性問題的最關(guān)鍵的部分。實(shí)際上,封裝材料與引線金屬的熱脹系數(shù)不同,熱脹冷縮造成LED內(nèi)部應(yīng)力的問題是各種LED管都有的問題,經(jīng)過業(yè)界十年以上的研究發(fā)展,已經(jīng)在很大程度上得到解決。眾所周知,直插式燈管的封裝材料也是環(huán)氧樹脂,引線也是金絲,而目前如346,546等經(jīng)典戶外用LED直插式燈管因引線熱脹系數(shù)差異引起的死燈現(xiàn)象已非常少見,可以說問題已基本解決??梢姺庋b廠家在材料工藝上采取措施是可以有效地解決這個(gè)“命門”。事實(shí)上多數(shù)生產(chǎn)SMDLED的封裝廠家就已經(jīng)采取措施,也取得成效。SMDLED產(chǎn)品出廠前檢驗(yàn)中要進(jìn)行的包括高低溫存貯,高低溫沖擊,潮濕試驗(yàn),機(jī)械震動(dòng)和沖擊等例行試驗(yàn)?zāi)苡行У貦z驗(yàn)這一類可靠性問題。

  (二)戶外SMDLED封裝材料熱脹系數(shù)的差異的影響可能更多的是影響器件的密封性。首先,無(wú)論是SMDLED還是直插式燈管,其金屬引線(管腳)與樹脂的熱脹系數(shù)不同,在冷熱變化的情況下,它們的界面會(huì)出現(xiàn)細(xì)小的縫隙,久而久之,產(chǎn)生裂紋。環(huán)氧樹脂等封裝本身,因工藝的缺陷其致密性也有可能存在缺陷,這樣,水汽或其他有害氣體就可能侵入,造成危害。PPA材料吸濕性相對(duì)較大,在潮濕環(huán)境下其濕應(yīng)力也會(huì)造成密封性缺陷。對(duì)此,必須在材料和封裝工藝方面尋找解決方法。制作戶外顯示屏,普遍采用封膠的辦法,能有效解決這個(gè)問題??上?duì)于戶外SMDLED顯示屏,封膠的方法效果有限。眾所周知,直插式燈管封膠時(shí)是自PCB板向上,一直封到管帽高度,且將部分管帽封住,也就是說,把管腳出線處淹沒在密封膠里,只要保證密封膠與管子封裝材料的良好連接,就可以解決金屬引線與封裝樹脂的熱脹系數(shù)差異引起的密封性問題。

  但是戶外SMFLED顯示屏的問題要大些。SMDLED的困難在于,除了引線問題之外,它的出光窗口的材料(多為環(huán)氧樹脂)與外殼(采用PPA)的材料的連接處的縫隙也會(huì)造成密封性不佳的問題;首先是它們的熱脹系數(shù)的不同,其次這兩種材料本身的接觸性不夠好,這樣溫度變化必然產(chǎn)生細(xì)微縫隙,導(dǎo)致密封性變差。為此要采用好的密封膠水改善其接觸性。很顯然,SMDLED出光窗口處不同材質(zhì)的材料接觸面的大小比引線出線處的要大得多,所以這種潛在的漏氣的危險(xiǎn)也大得多。戶外SMDLED屏幕盡管也可以采用封膠方法,把引線灌封住,但一般不能把出光窗口也灌封起來(lái),這就使得戶外SMDLED顯示屏密封性遠(yuǎn)比直插式燈管屏的密封性差。

  (三)同樣,對(duì)于有害氣體如腐蝕性氣體、鹽霧等的危害,戶外SMDLED顯示屏的抗御能力也比直插式燈管顯示屏要差很多。事實(shí)上,國(guó)內(nèi)外知名廠商的在推出戶外SMDLED器件和屏幕產(chǎn)品方面,是十分慎重和穩(wěn)健的,有的廠商盡管室內(nèi)SMDLED已經(jīng)十分廣泛使用,仍然遲遲不推出用于戶外的SMDLED產(chǎn)品,這當(dāng)然有他的原因。還有的廠商在制作戶外SMDLED顯示屏?xí)r,盡管已經(jīng)采用適于戶外用的SMDLED器件,仍然使用專門設(shè)計(jì)的防護(hù)罩或采用其他防護(hù)措施,例如整體灌膠等。這樣當(dāng)然增加成本和并且損失一些光能輸出,但是可靠性得到更大的保障。

  目前國(guó)內(nèi)外許多封裝廠商推出戶外用SMDLED器件產(chǎn)品,這是產(chǎn)品開發(fā)和技術(shù)進(jìn)步的成果,負(fù)責(zé)任的廠商在可靠性方面是做了大量的工作,經(jīng)過必要和足夠的試驗(yàn)驗(yàn)證,有的還為此申報(bào)并獲得若干專利和獎(jiǎng)勵(lì)。但另一方面,其成熟程度確實(shí)尚待更多的應(yīng)用來(lái)證實(shí)。

  不過筆者看來(lái),密封性的問題,還是不能掉以輕心,應(yīng)用戶外SMDLED產(chǎn)品制作戶外顯示屏,仍應(yīng)非常慎重,應(yīng)當(dāng)詳細(xì)了解工作環(huán)境和工作條件,采取足夠的防護(hù)措施,精心設(shè)計(jì)精心施工。在把握不大的場(chǎng)合,例如可靠性要求特別高或環(huán)境特別惡劣,或有腐蝕性氣體的場(chǎng)合,寧可采取更多的措施,或避免使用SMDLED。

  (四)SMDLED屏幕的制作,與直插式LED燈管顯示屏最大的不同在于,直插式燈管的裝焊,采用波峰焊或人工手焊,而SMDLED必須采用回流焊。波峰焊是將元器件插裝好以后,將PCB板通過熔融的焊錫池,這時(shí)受熱的是PCB板和元器件的引腳,以LED管而言,受熱點(diǎn)在引線與PCB的接觸焊點(diǎn)處,距離LED的PN結(jié)一般有10mm左右。而回流焊完全不同,它是整個(gè)器件加熱的,在預(yù)熱階段,整個(gè)器件被加熱到150~200oC,焊接時(shí)的溫度更達(dá)到240~260oC,這樣LED受熱的情況比起直插式燈管要嚴(yán)峻的多得多。為了保證回流焊的質(zhì)量,又保證SMDLED和其他元器件安全可靠,廠商在SMDLED產(chǎn)品技術(shù)條件中都會(huì)提供一個(gè)回流焊應(yīng)遵循的溫度分布曲線,也就是在預(yù)熱階段,保溫階段,回流階段和冷卻階段的溫度分布要求,包括溫度上升速率控制,最高焊接溫度,保持高于某一焊接溫度的最大時(shí)間,以及冷卻速率等重要參數(shù),技術(shù)條件一般也都會(huì)著重說明,必須按照該曲線來(lái)調(diào)控回流焊的溫度和過回流焊的時(shí)間,否則有可能損壞或傷害SMDLED器件。因此,屏幕制造廠家應(yīng)當(dāng)根據(jù)這個(gè)溫度分布曲線和焊料焊劑條件控制好回流焊的溫度分布特性。還要特別指出的是,各個(gè)廠家的不同型號(hào)的SMDLED的溫度控制曲線是不同的,屏幕制作廠家應(yīng)根據(jù)所用的SMDLED調(diào)整回流焊溫度控制過程,這樣才能保證避免發(fā)生器件損壞或受損,或是造成安全隱患,也就是當(dāng)時(shí)并不立即表現(xiàn)出來(lái),而是在屏幕運(yùn)行一段時(shí)間后再變成死燈。

  (五)元器件的濕度敏感等級(jí)對(duì)于回流焊前的準(zhǔn)備工作極為重要。顯示屏所用的SMDLED和塑料封裝的各種元器件如貼片電阻、貼片電容都屬于非密封型固態(tài)表面貼裝組件。它們?cè)诖尜A或進(jìn)行回流焊之前的工序中,如果吸收了濕氣,那么,當(dāng)這類封裝暴露在回流焊的高溫時(shí),封裝內(nèi)的蒸汽壓力會(huì)大幅增加,在特定狀況下,該壓力會(huì)造成封裝材料發(fā)生內(nèi)部脫層從而脫離晶粒及(或)導(dǎo)線框/基座,或是發(fā)生未擴(kuò)展到封裝外面的內(nèi)部裂縫、或是邦定損傷、金屬線窄化、邦定翹起、薄膜裂縫、或邦定下方凹口等等損傷,以最嚴(yán)重的狀況來(lái)說,這個(gè)應(yīng)力會(huì)造成封裝外部裂縫,即稱為“爆米花”的現(xiàn)象。器件當(dāng)即損壞,還可能會(huì)造成其他元器件或設(shè)備的損傷。JEDEC規(guī)定濕氣敏感等級(jí)分為8級(jí),在進(jìn)行回流焊之前必須按其等級(jí)和環(huán)境條件對(duì)器件進(jìn)行消除濕氣的處理,對(duì)于密封包裝的元器件在拆封時(shí)間超過一定時(shí)間(車間壽命)的要進(jìn)行烘烤除濕,烘烤的條件和烘烤時(shí)間也有規(guī)定(參見JEDEC《非密封型固態(tài)表面貼裝組件的濕度/回流焊敏感性分類標(biāo)準(zhǔn)》IPCJ-STD020D.1)。所以,SMDLED器件的存貯保管和焊前準(zhǔn)備要求非常嚴(yán)格。SMDLED出廠時(shí)必須用密封包裝,包裝上注明產(chǎn)品的濕氣敏感度等級(jí),包裝內(nèi)還有吸潮劑,一般密封包裝和吸潮劑保質(zhì)期為一年,存貯超過一年的SMDLED其質(zhì)量已經(jīng)無(wú)法保證,不能使用。因此,SMDLED是不能在倉(cāng)庫(kù)保藏太久的。同時(shí)在SMDLED從密封包裝取出后,應(yīng)當(dāng)在24小時(shí)內(nèi)過回流焊,否則必須經(jīng)過恒濕恒溫箱烘烤。

  不僅僅是SMDLED,凡屬SMD器件的回流焊都必須高度重視,如果元器件不滿足濕敏條件,(塑封元器件都屬于這種類型)都必須確保沒有水汽侵入,或在焊前進(jìn)行烘烤,否則,在過回流焊的時(shí)候就會(huì)發(fā)生脫層現(xiàn)象。損壞元器件。

  (六)無(wú)論是室內(nèi)用的LED還是戶外用的LED,也不分是何種封裝,直插式還是表面貼裝式,靜電放電都會(huì)造成損壞。而且靜電損傷具有隱蔽性、潛在性、隨機(jī)性和積累性,對(duì)于顯示屏的可靠性和壽命影響極大。只有在生產(chǎn)、運(yùn)輸、存貯、處理的每一個(gè)環(huán)節(jié)都采取足夠的靜電防護(hù)措施,才能保證器件長(zhǎng)期安全有效的運(yùn)用。

  (七)用于戶外的LED顯示屏,無(wú)論是直插式燈管還是SMDLED顯示屏,如何抵御紫外線的侵害,是一個(gè)重要的課題,紫外線會(huì)導(dǎo)致半導(dǎo)體材料性能的改變,降低LED的發(fā)光效率,同時(shí)又使得封裝材料老化,降低氣密性和透明度,使得LED的發(fā)光能力下降,屏幕亮度下降,而且環(huán)氧樹脂透明度降低,不僅出光效率下降,導(dǎo)致亮度下降,而且有更多的光被吸收,又使得結(jié)溫上升,最終影響管子的壽命。解決的途徑是采用抗紫外線性能好的封裝材料和膠水。

  (八)實(shí)現(xiàn)和提升LED顯示屏的可靠性是一個(gè)系統(tǒng)工程問題,涉及企業(yè)的方方面面。LED燈管和SMDLED芯片的可靠性是最重要的要素,除此之外,還要良好的設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、安裝、使用和維護(hù),可靠性工程說到底是企業(yè)的綜合實(shí)力的集中體現(xiàn)。至于戶外SMDLED顯示屏,作為L(zhǎng)ED顯示屏的新品種,其優(yōu)越性和發(fā)展前景毋庸置疑。但是畢竟歷史較短,經(jīng)驗(yàn)也有限,積累的數(shù)據(jù)也不多,為了不斷提高戶外SMDLED顯示屏的性能和可靠性,需要全行業(yè),上下游廠商共同努力,形成良好的互動(dòng),相輔相成,共謀發(fā)展。當(dāng)務(wù)之急,是制定相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。這已經(jīng)成為業(yè)內(nèi)企業(yè)家和專家的共識(shí),行業(yè)協(xié)會(huì)也已經(jīng)著手委托業(yè)內(nèi)有影響的廠商組織起草標(biāo)準(zhǔn),不久將進(jìn)入評(píng)審報(bào)批階段,也希望得到更多的企業(yè)和專家的關(guān)注和支持。

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